[发明专利]一种微生物传感器在线检测不同浓度水体絮凝剂毒性的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物电化学技术领域，特别涉及一种利用以产电微生物为基础的生物电化学传感器进行在线检测水体絮凝剂毒性的方法，以及在纯电化学系统中的应用。

背景技术

随着现代工业的迅速发展，水污染问题日益尖锐，废水处理技术越来越重要。絮凝剂作为目前废水处理技术中必不可少的前处理环节因为其价格、制作方面的优势被广泛使用，但是随着絮凝剂在水体中的残留及其在生物量的累积，有研究发现几乎所有的化学絮凝剂都会产生环境效应和生态毒性，如常用铝盐絮凝剂会造成动物胚胎畸形和植物种子生长抑制等现象；常用铁盐絮凝剂会引起细胞死亡并造成组织损伤；而常用的有机高分子絮凝剂则或因为效果差或因为分解的单体有毒导致在使用上存在问题。因此，对水体中的絮凝剂的检测是十分有必要的。

目前应用较多的化学传感器、物理传感器虽然可以检测许多有毒物质，包括重金属离子和有机物等，但是在水体中，絮凝剂会发生复杂的物理化学反应，原位评估絮凝剂的毒性是非常困难的，这些传统的传感器很难实现对絮凝剂的检测。而生物电化学系统则提供了一种原位检测微生物活性技术，它通过微生物产生的电信号(电流、电压)变化来反映水体水质的变化。但是经查阅资料，发现目前还没有利用这种技术进行絮凝剂毒性的原位检测研究。

发明内容

本发明目的是解决传统传感器对水体絮凝剂难检测的问题，提出利用以产电微生物为基础的生物电化学传感器进行毒性检测，并利用电化学和生物电化学技术进行了动力学分析，实现了一种微生物传感器在线检测不同浓度水体絮凝剂毒性的方法。

本发明技术方案

一种微生物传感器在线检测水体絮凝剂毒性的方法，该方法通过以下步骤实现的：

1)生物电化学传感器的构造和微生物接种

生物电化学传感器由直径1-10cm，高2-5cm，容积1.5-390ml的圆形玻璃容器构成，盖子材料采用聚四氟乙烯，盖子上设有三个直径分别为10mm、8mm和4mm的孔，分别用来插入工作电极、参比电极和对电极，其中用0.19cm²的L型玻璃碳电极或电镜专用可拆卸玻璃碳电极作为工作电极，3.5M或4MAg/AgCl作为参比电极，1cm²的铂片作为对电极。

微生物的接种液采用的是长期运行的微生物燃料电池的出水与磷酸缓冲溶液1～5：1的比例混合溶液，接种前加入0.5-1.5g/L乙酸钠作为底物，氮气和二氧化碳2～6:1混合气曝气25-30分钟，利用多通道恒电位仪计时电流法进行微生物的培养与生物电化学传感器的制备。培养温度为25-32摄氏度。

2)不同浓度的絮凝剂的注入检测

待计时电流法显示出电流稳定期时，生物电化学传感器(制备完成)出现平台期，此时向生物电化学传感器中分别加入不同浓度的絮凝剂溶液。电流变化会通过计时电流法显示出来，电流衰减率和不可恢复电流损失由稳定期电流、衰减电流和注入后稳定电流进行计算，计算公式分别为：

电流衰减率＝(稳定期电流-衰减电流)/稳定期电流

不可恢复电流损失＝(稳定期电流-注入后稳定电流)/稳定期电流

最终画出生物电化学传感器电流变化与不同浓度的絮凝剂的关系曲线；

3)电化学方法表征

为了进一步验证不同浓度絮凝剂的毒性作用引起的微生物产电变化，不同浓度的絮凝剂加入后引起的极限电流变化通过电化学方法进行表征，具体操作内容如下：

不同浓度不同时间的周转循环伏安法

待微生物产电稳定后，进行周转循环伏安法扫描测试，然后分别向平行的生物电化学传感器中加入与步骤2)一样的不同浓度的絮凝剂，再依次在加入0-90分钟时进行周转循环伏安法扫描测试，根据加入絮凝剂浓度的不同，周转循环伏安法扫描测试的极限电流也会不同。

4)激光共聚焦分析

为了更形象的验证不同浓度絮凝剂作用毒性程度的大小，把絮凝剂加入引起产电微生物死活变化通过激光共聚焦技术进行分析，具体操作内容如下：

依次在平行的生物电化学传感器中加入不同浓度的絮凝剂，待电流稳定后，分别取下工作电极，将长满微生物的电极依次进行冲洗、染色、冲洗环节，染色环节采用死活染色剂染色5-20分钟。待染色冲洗等环节结束后，放到存有磷酸缓冲溶液的特定共聚焦培养皿中进行荧光染色观察，从而进一步利用死活微生物确定不同浓度絮凝剂对微生物的毒性。

本发明的优点和有益效果：

本发明与现有技术相比，具有的优点和效果如下：